鏈式小型林業原條輸送裝備的設計

張 劍，楊學春，朱柏林，侯朋杰

(1.東北林業大學，黑龍江哈爾濱 150040；2.合肥學院管理系，安徽合肥 230000)

鏈式小型林業原條輸送裝備的設計

張 劍1，楊學春2，朱柏林1，侯朋杰1

(1.東北林業大學，黑龍江哈爾濱 150040；2.合肥學院管理系，安徽合肥 230000)

采用AutoCAD工作軟件設計了一款鏈式小型林業原條輸送裝備，并對其中的關鍵機構的設計與計算過程進行了翔實表述。按該設計方案制造出的鏈式原條輸送機采用鏈條傳動，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；該機械傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸小；所需緊張力小，作用于軸上壓力小。同時，采用特殊滾筒式輸送平臺，不僅對原條起到了導向作用，而且可減少原條在行進過程中的左右方向上的移動，有效地降低了能耗，提高了生產效率。該設備能在高溫、潮濕、多塵、有污染的惡劣環境下工作，適合于林區環境工作。

小型林業機械；AutoCAD；原條輸送平臺

貯木場是設置在林業企業內部運輸和外部運輸的銜接地點，在木材生產和流通之間起緩沖和調節作用，同時對木材的產銷起紐帶作用。貯木場主要承擔主伐林場的原條進場到卸、造、選、歸、裝各道工序的生產及銷售環節工作。貯木場作為森工企業重要生產部門之一，需要進行原木加工，是貯木場生產作業最重要環節。因此，原木生產作業技術水平的高低直接影響到原木生產效率和經濟效益。提高貯木場原木生產作業技術水平，實現自動化原木生產，是提高貯木場原木生產效率和經濟效益的重要措施。該文主要探討原條造材運輸設備的設計改良，以此來提高原木的生產效率。

AutoCAD(Auto Computer Aided Design)是Autodesk(歐特克)公司首次于1982年開發的自動計算機輔助設計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計。現該軟件已經成為國際上廣為流行的繪圖工具，所以選用了AutoCAD對鏈式原條輸送機進行設計該軟件。

1 鏈式原條輸送機基本結構

由圖1可知，該設備主要由輸送平臺、輸送滾筒、滾軸、鏈條與鏈輪、軸承與軸承座等組成。該文主要探討關鍵機構的設計計算。

圖1 鏈式原條輸送設備

2 輸送裝置各零部件選擇及計算

2.1 滾筒部分的設計 運輸機運送原條主要依靠的是滾子表面所提供的摩擦力，并且滾子還要能承受住原條的壓力(即原條的重力)。所以滾子的設計不僅要考慮到摩擦力，同時制造滾筒的材料選擇以及在制作加工的難度也需要進行相應的考慮。

東北林區內林木的直徑d=80～500 mm之間，因此滾軸或滾筒的長度選定為l=600 mm。林區內一般樹木密度ρ在0.44～0.57 g/cm3之間，取平均密度為ρ=0.54 g/cm3。同時，原條表面的摩擦系數μ=0.4～0.6，為了計算方面，定為μ=0.4(下同)。

林區內的林木一般都能生長良好，故經過砍伐所得到的原條長度大都較長，為計算方便選取原條的長度l=20 m進行重量的計算。

設計時首先考慮了不同直徑的原條所對應不同的質量，因此分別計算最小與最大直徑原條的質量。

S=πr2

V=S×l

M=ρ×V

式中：S—原條的截面面積；V—原條的體積；M—原條的質量。

通過初步的計算選擇一根原條在輸送過程中，承載原條的滾筒個數為20個，根據上述公式可以計算出每個滾筒在重力方向上對原條所產生的支持力(g=9.8 N/kg。)。因此，每個滾筒產生的最小支持力：Nmin=gMmin/20=26.59N；每個滾筒產生的最大支持力：Nmax=gMmax/20=1 038.60 N。該結構滾筒側壁一邊能產生的最小摩擦力：fmin=μNmincosα=10.48 N；該結構滾筒側壁一邊能產生的最大摩擦力：fmax=μNmaxcosβ=390.4 N。

圖2 滾筒示意圖

2.2 滾筒軸的設計 滾筒軸是穿插在2個軸承中間的圓柱形物件，是支撐轉動零件并與之一起回轉以傳遞扭矩或彎矩、運動的機械零件。裝置中回轉的零件(主要是鏈輪)就裝在滾筒軸上。滾筒軸的設計很大程度上取決于滾筒結構的選擇，諸多考慮的因素也必須考慮到滾筒的結構，一者是要能承受住原條的壓力(即原條的重力)，同時還需要考慮零件的裝配問題。因此，滾筒軸設計的重要性在一定程度上與滾筒的相當。參照相關的設計要點和步驟，根據滾筒的長度，確定出滾筒軸的長度為876 mm。同時也能確定最小直徑為30 mm的梯度軸，并選用相應的材料進行加工以保證強度(圖3)。

2.3 鏈條和鏈輪的選擇 鏈條是由眾多相同或相間相同的構件(即鏈節)用鉸鏈連接起來的撓性件。在選擇鏈條的問題上，只需考慮鏈條能傳遞動力即可，故根據機械設計手冊，選取型號為10A的鏈條。鏈輪是與鏈條相嚙合的帶齒的輪形機械零件，鏈輪的選擇是根據鏈條而定的，同理根據機械設計手冊，所選取的鏈輪規格如下：

10A鏈條規格

鏈條的型號 10A

節距p∥mm 15.875

排距p2∥mm 18.110

滾子外徑d∥mm 10.160

內鏈節內寬b∥mm 9.400

鏈輪規格

鏈輪類型 齒輪

齒寬b∥mm 8.7

齒高h∥mm 7.9

倒角寬g∥mm 2.0

齒數z19

(注：19齒的鏈輪一般用于中高轉速、正常工作條件下的主動鏈輪。)

根據以上數據，可以得出下面幾個結論：

鏈輪齒寬b0=(1～1.6 mm)b=8.7～13.9 mm

齒根圓:dg=dj-d=86 mm

2.4 軸承與軸承座的選擇 軸承是在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數的部件。簡而言之，當其他機件在軸上彼此產生相對運動時，他是用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數和保持軸中心位置固定的機件。軸承座是用來支撐軸承的一種構件，設計中他還起到了承載滾筒和連接床身的作用。軸承座的型號選擇是與軸承同時進行的。根據機械設計手冊選擇了軸承型號為206。206型號軸承的相關數據為：

206型號軸承規格

軸承型號 206

內徑d∥mm 30

外徑D∥mm 62

厚度B∥mm 16

為了與206型號的軸承配套，選擇軸承座型號為Z2506Y/Z2506M。該型號軸承座的規格。

Z2506Y/Z2506M型號軸承座規格

軸承座型號 Z2506Y/Z2506M

d∥mm 30

d1∥mm 36

d2∥mm 25

D∥mm 62

b∥mm 28

B∥mm 77

B1∥mm 52

H∥mm 95

h∥mm 50

R∥mm 40

L∥mm 190

L1∥mm 150

L2∥mm 82

d3∥mm 8

d4∥mm 12

V∥mm 14

S∥mm 16

(注：2種結構的軸承座僅質量上有區別，Y型為2.1 kg，M型為2 kg。)

2.5 支架的設計 裝置的輸送平臺是整個裝置的框架，因此選用適當的型鋼能夠保證裝置的穩定性以及承載能力，因此輸送平臺的框架部分主要考慮穩定性和零件裝配的因素，選用槽鋼作為滾筒的軸承座固定材料，選用方管作為裝置的梁。通過查閱機械手冊，選用厚度為5 mm的方管以及型號為6.5*的槽鋼。該型號槽鋼的規格為：

6.5*型號槽鋼的規格

槽鋼型號 6.5*

高度h∥mm 65

腿寬b∥mm 40

厚度d∥mm 4.8

理論重量m∥kg/m 6.70

裝置的輸送平臺如圖4所示。

圖4 裝置的輸送平臺示意圖(單位：mm)

為了能讓裝置在作業地點進行正常的作業，工作時需要收起車輪，放下穩定的支腳來固定裝置。為保證原條運輸機在林地環境下工作平穩，牢靠，在機架上設計8個支腳，高低可通過旋轉軸進行調整(圖5)。

圖5 支腳結構簡圖

3 鏈式原條輸送機的工作原理

由圖6可知，每個滾筒軸上有兩個鏈輪，相鄰的兩軸之間通過一條鏈條連接，軸與軸之間依次兩兩相連。第一根軸上的兩個鏈輪其中一個鏈輪通過鏈條與電機相連，另一個鏈輪通過鏈條與第2根軸上的鏈輪相連。因為各軸之間都通過鏈條依次相連，所以電動機帶動第一根軸轉動，使得后面的軸在鏈輪和鏈條得作用下開始轉動。在鏈式原條輸送機中，通過鏈輪和鏈條傳遞扭矩帶動滾動轉動，滾筒與原條之間產生的摩擦力將滾筒的轉動轉變為原條的直線運動。

注：1-輸送平臺；2-支腳；3-鏈輪；4-滾筒；5-軸承套。圖6 鏈式原條輸送機示意圖

4 總結

(1)鏈式原條輸送機采用鏈條傳動，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸小；所需張緊力小，作用于軸上的壓力小；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環境中工作，適合于林區環境中工作。

(2)采用特殊設計的滾筒，不僅對原條起到了導向的作用，而且減少了原條在行進過程中的左右方向上的移動，能更好地沿著輸送平臺向指定的方向行進。

(3)采用AutoCAD設計增加了設計的可靠性和提高了設計的效率。

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Design of the Chain-type Small Forestry Original Conveying Device

ZHANG Jian et al

(Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 1500400

AutoCAD was used to design a chain-type small forestry original conveying device, the design of key structure and calculation process was elaborate in detail. The chain-type original conveying device is accurate, reliable, high efficiency without elastic slip and skid phenomenon compared with traditional belt transport device; the transmission power is large and overload capacity is strong. Meanwhile, a special roller conveyor platform not only can guide the original band, but also can reduce original band movement at left and right direction, which will effectively decrease the energy consumption and improve production efficiency. The equipment can be used in severe environment of high temperature, damp, dusty and pollution.

Small forestry meachinery; AutoCAD; Original conveying platform

國家林業公益項目(201104007)。

張劍(1980- )，男，黑龍江哈爾濱人，工程師，碩士，從事農林機械設計與制造研究。

2014-04-29

S 220.2

A

0517-6611(2014)15-04915-03